7-4微波顺磁共振 电子自旋的概念是Pau在1924年首先提出的。1925年, S.A. Goudsmit和 G Uhlenbeck 用它来解释某种元素的光谱精细结构获得成功 Stern和 Ger l aok也以实验直接证明了电 子自旋磁矩的存在 电子自旋共振( Electron Spin Resonance,缩写为ESR又称顺磁共振 Paramagnetic Resonance)s它是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场作用下发生的一种磁 能级间的共振跃迁现象。这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材 料中,称为电子顺磁共振。1944年由前苏联的柴伏依斯基首先发现。它与核磁共振(NMR) 现象十分相似所以1945年 Purcell, Paund、 Bloch和 Hanson等人提出的NMR实验技术后 来也被用来观测ESR现象 ESR己成功地被应用于顺磁物质的研究,目前它在化学、物理、生物和医学等各方面 都获得了极其广泛的应用。例如发现过渡族元素的离子;研究半导体中的杂质和缺陷 离子晶体的结构;金属和半导体中电子交换的速度以及导电电子的性质等。所以ESR也 是一种重要的近代物理实验技术 ESR的研究对象是具有不成对电子的物质,如(1)具有奇数个电子的原子,象氢原子;(2) 内电子壳层未被充满的离子,如过渡族元素的离子(3)具有奇数个电子的分子,如NO,(4) 某些虽不含奇数个电子,但总角动量不为零的分子,如O2;(5)在反应过程中或物质因受辐 射作用产生的自由基(6)金属半导体中的未偶电子等等通过对电子自旋共振波谱的研究, 即可得到有关分子、原子或离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息,从而得到有 关的物理结构和化学键方面的知识 “电子自旋共振”,与“核磁共振”的不同点在于电子磁矩较核磁矩大三个数量级,因此 在实验中,若二者的共振频率大致相同,则电子自旋共振所需的外加静磁场要小得多,由螺 线管产生就够了。 用电子自旋共振方法研究未成对的电子,可以获得其它方法不能得到或不能准确得 到的数据。如电子所在的位置,游离基所占的百分数等等 实验目的: 1.了解顺磁共振的基本原理 2观察在微波段的EPR现象,测量DPPH自由基中电子的g因子。 3.利用样品有机自由基DPPH在谐振腔中的位置变化,探测微波磁场的情况,确定微 波的波导波长g 、实验原理 由原子物理可知,自旋量子数s=的自由电子其自旋角动量√s(s+1)h 2 h h=662×1034J·s,称为普朗克常数,因为电子带电荷,所以自旋电子还具1 7-4 微波顺磁共振 电子自旋的概念是Pauli在1924年首先提出的。1925年,S.A.Goudsmit和G.Uhlenbeck 用它来解释某种元素的光谱精细结构获得成功.Stern和Ger1aok也以实验直接证明了电 子自旋磁矩的存在。 电子自旋共振(Electron Spin Resonance),缩写为ESR,又称顺磁共振(Paramagnetic Resonance)。它是指处于恒定磁场中的电子自旋磁矩在射频电磁场作用下发生的一种磁 能级间的共振跃迁现象。这种共振跃迁现象只能发生在原子的固有磁矩不为零的顺磁材 料中，称为电子顺磁共振。1944年由前苏联的柴伏依斯基首先发现。它与核磁共振(NMR) 现象十分相似,所以1945年Purcell、Paund、Bloch和Hanson等人提出的NMR实验技术后 来也被用来观测ESR现象. ESR己成功地被应用于顺磁物质的研究,目前它在化学、物理、生物和医学等各方面 都获得了极其广泛的应用。例如发现过渡族元素的离子；研究半导体中的杂质和缺陷； 离子晶体的结构；金属和半导体中电子交换的速度以及导电电子的性质等。所以,ESR也 是一种重要的近代物理实验技术。 ESR的研究对象是具有不成对电子的物质,如(1)具有奇数个电子的原子,象氢原子;(2) 内电子壳层未被充满的离子,如过渡族元素的离子;(3)具有奇数个电子的分子,如NO; (4) 某些虽不含奇数个电子,但总角动量不为零的分子,如O2; (5)在反应过程中或物质因受辐 射作用产生的自由基;(6)金属半导体中的未偶电子等等,通过对电子自旋共振波谱的研究, 即可得到有关分子、原子或离子中未偶电子的状态及其周围环境方面的信息,从而得到有 关的物理结构和化学键方面的知识。 “电子自旋共振”,与“核磁共振”的不同点在于电子磁矩较核磁矩大三个数量级,因此 在实验中,若二者的共振频率大致相同,则电子自旋共振所需的外加静磁场要小得多,由螺 线管产生就够了。 用电子自旋共振方法研究未成对的电子,可以获得其它方法不能得到或不能准确得 到的数据。如电子所在的位置,游离基所占的百分数等等。 一．实验目的： 1.了解顺磁共振的基本原理。 2.观察在微波段的EPR现象，测量DPPH自由基中电子的g因子。 3.利用样品有机自由基DPPH在谐振腔中的位置变化，探测微波磁场的情况，确定微 波的波导波长 g 二、实验原理: 由原子物理可 知，自 旋量子 数 2 1 s = 的自由电子 其自 旋角动 量 s(s +1)  2 h  = ,h=6.6210-34 J•s，称为普朗克常数，因为电子带电荷，所以自旋电子还具